[发明专利]一种机械臂

说明书

本说明书实施例提供一种机械臂，该机械臂包括机械臂本体和重力平衡组件；所述机械臂本体包括支座和连杆组件；所述支座和所述连杆组件通过第一转动轴转动连接；所述重力平衡组件包括弹簧和平衡绳，所述弹簧的一端与所述支座连接，所述弹簧的另一端与所述平衡绳的一端连接，所述平衡绳的另一端连接于所述连杆组件上；所述弹簧的弹力能够通过所述平衡绳作用于所述连杆组件以至少部分平衡所述连杆组件的重力相对于所述第一转动轴产生的重力矩。本说明书实施例提供的机械臂可以在其运动空间内的任意姿态下以及任意时刻实现重力平衡，结构简单、紧凑，重量轻且安装方便，能够安全可靠地运行。

技术领域

本说明书涉及机械臂领域，特别涉及一种机械臂。

背景技术

机械臂作为一种新型人机交互途径被广泛应用于工业、医疗等领域。例如，平行联动机构设计的机械臂被普遍应用于手术机器人(例如，单孔手术机器人或多孔手术机器人)。然而，在机械臂的使用中，机械臂的重力通常会对机械臂的运动(例如，运动精度、灵巧性、安全性、可靠性等)以及对操作者的力反馈造成负面影响。因此，在机械臂的设计和使用中，通常需要考虑对机械臂的重力进行平衡的问题，以消除机械臂自身重力所造成的负面影响。目前，对机械臂的重力进行平衡通常可以采用电机补偿、配重设计或气缸等方式。但电机补偿的方式会产生电机负载过大的问题，存在安全隐患。而配重设计或气缸的方式则会造成机械臂过于笨重的问题。

因此，如何合理设计机械臂的重力平衡方式是目前亟需解决的问题。

发明内容

本说明书实施例提供、一种机械臂，包括：机械臂本体和重力平衡组件；所述机械臂本体包括支座和连杆组件；所述支座和所述连杆组件通过第一转动轴转动连接；所述重力平衡组件包括弹簧和平衡绳，所述弹簧的一端与所述支座连接，所述弹簧的另一端与所述平衡绳的一端连接，所述平衡绳的另一端连接于所述连杆组件上；所述弹簧的弹力能够通过所述平衡绳作用于所述连杆组件以至少部分平衡所述连杆组件的重力相对于所述第一转动轴产生的重力矩。

在一些实施例中，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆；所述支座和所述第一连杆通过所述第一转动轴转动连接，所述第一连杆和所述第二连杆通过第二转动轴转动连接；所述支座、所述第一连杆和所述第二连杆形成平行联动机构；所述平衡绳的所述另一端固定连接于所述第一连杆上。

在一些实施例中，所述第一连杆上设置有连接机构，所述连接机构与所述平衡绳的所述另一端固定连接。

在一些实施例中，所述重力平衡组件还包括设置在所述支座上的滑轮，所述平衡绳从所述滑轮上绕过后其所述另一端与所述连接机构固定连接；所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离和所述滑轮与所述第一转动轴之间的距离相同，并且所述弹簧的变形量与所述滑轮和所述连接机构之间的距离相同。

在一些实施例中，所述弹簧的弹簧刚度系数和所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离满足如下关系：其中，K为所述弹簧的弹簧刚度系数，G₁为所述第一连杆的重力，L₁为所述第一连杆的长度，G₂为所述第二连杆的重力，L₂为所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离。

在一些实施例中，所述第一连杆设置有位置调节结构，所述位置调节结构用于调节所述连接机构在所述第一连杆的长度方向上的位置。

在一些实施例中，所述平衡绳的所述一端设置有平衡绳张紧装置，所述弹簧的所述另一端设置有连接座，所述平衡绳通过所述平衡绳张紧装置与所述连接座连接，从而实现与所述弹簧的所述另一端连接；当所述连杆组件绕所述第一转动轴相对于所述支座进行转动时，所述连接座能够在所述平衡绳和所述弹簧的作用下沿所述支座的长度方向运动。

在一些实施例中，所述连接座上设置有滑块，所述支座上设置有与所述滑块适配的导轨。

在一些实施例中，所述机械臂还包括力矩传感器，所述力矩传感器设置在所述第一转动轴上，用于检测所述第一转动轴受到的转动力矩。